(57)【要約】【課題】ＳｉＣＮ膜を用いた配線構造において、ポイゾニングの発生を抑制すると共に、ＳｉＣＮ膜ストレスの影響を低減する方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、Ｃｕを配線用金属とする下層配線と下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜を備える。また、ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と上層配線と同一材料から構成されるプラグを備える。さらにプラグの下部はＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、下層配線に接し、プラグの上部は上層配線と接している。特に、ＳｉＣＮ膜の屈折率が１．８９以上であることを特徴とする。  これにより、膜の密度が高い安定したＳｉＣＮ膜を提供出来る。よって、ＳｉＣＮ膜が空気中成分（ＮやＨ2Ｏ等）を取り込みにくくなる。また、ストレスの経時変化を抑制し、ポイゾニング不良の発生を抑制することができる。【選択図】図１
2006269580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕを配線用金属とする下層配線と、前記下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜と、前記ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と前記上層配線と同一材料から構成されるプラグを有し、
前記プラグの下部は前記ＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、前記下層配線に接しており、
前記プラグの上部は前記上層配線と接しており、
前記ＳｉＣＮ膜の波長６３３ｎｍでの屈折率が１．８９以上であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
Ｃｕを配線用金属とする下層配線と、前記下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜と、前記ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と前記上層配線と同一材料から構成されるプラグを有し、
前記プラグの下部は前記ＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、前記下層配線に接しており、
前記プラグの上部は前記上層配線と接しており、
前記ＳｉＣＮ膜は、上部と下部で屈折率が異なっており、前記下層配線表面に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜の屈折率は、前記絶縁膜に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜の屈折率より低い値であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項３】
前記下層配線表面に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜の波長６３３ｎｍでの屈折率は、１．８９より小さく、前記絶縁膜に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜の波長６３３ｎｍでの屈折率は、１．８９以上であることを特徴とする、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
Ｃｕを配線用金属とする下層配線と、前記下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜と、前記ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と前記上層配線と同一材料から構成されるプラグを有し、
前記プラグの下部は前記ＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、前記下層配線に接しており、
前記プラグの上部は前記上層配線と接しており、
前記ＳｉＣＮ膜は、上部と下部でＳｉ−Ｃを基準とした場合のＳｉ−ＣＨ3組成比が異なっており、前記下層配線表面に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜のＳｉ−ＣＨ3組成比は、前記絶縁膜に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜のＳｉ−ＣＨ3組成比より大きな値であることを特徴とする、半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜は、炭素含有シリコン酸化膜であることを特徴とする、請求項１，２又は４記載の半導体装置。
【請求項６】
Ｃｕを配線用金属に含む下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上にＳｉＣＮ膜を形成する工程と、
前記ＳｉＣＮ膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜内にホールを形成し前記ホールの底部に前記ＳｉＣＮ膜を露出する工程と、
前記ホール内に有機膜を堆積し、前記有機膜上にレジストマスクを形成する工程と、
前記絶縁膜内に前記ホールと部分的に重なるように前記レジストマスクを用いて配線溝を形成する工程と、
前記レジストマスク、前記ホール内に残留する前記有機膜を除去する工程と、
前記ホール底部にある前記ＳｉＣＮ膜を除去し、前記下層配線表面を露出させる工程と、
前記ホールと前記配線溝を導電膜により埋め込み、前記下部配線と接続される上層配線を形成する工程とを備え、
前記ＳｉＣＮ膜は、２．４Ｔｏｒｒ以下の圧力下、シランと有機基の結合を有する化合物を含むガスを前記下層配線表面に供給することにより成膜することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ＳｉＣＮ膜は、波長６３３ｎｍで１．８９以上の屈折率を有していることを特徴とする、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
Ｃｕを配線用金属に含む下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上にＳｉＣＮ膜を形成する工程と、
前記ＳｉＣＮ膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜内にホールを形成し前記ホールの底部に前記ＳｉＣＮ膜を露出する工程と、
前記ホール内に有機膜を堆積し、前記有機膜上にレジストマスクを形成する工程と、
前記絶縁膜内に前記ホールと部分的に重なるように前記レジストマスクを用いて配線溝を形成する工程と、
前記レジストマスク、前記ホール内に残留する前記有機膜を除去する工程と、
前記ホール底部にある前記ＳｉＣＮ膜を除去し、前記下層配線表面を露出させる工程と、
前記ホールと前記配線溝を導電膜により埋め込み、前記下部配線と接続される上層配線を形成する工程とを備え、
前記ＳｉＣＮ膜の形成工程は、２．４Ｔｏｒｒより高い圧力下で、シランと有機基の結合を有する化合物を含むガスを前記下層配線表面に供給し、第１のＳｉＣＮ膜を形成する工程と、
２．４Ｔｏｒｒ以下の圧力下でシランと有機基の結合を有する化合物を含む原料ガスを前記第１のＳｉＣＮ膜上に供給し、第２のＳｉＣＮ膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のＳｉＣＮ膜は、波長６３３ｎｍで１．８９より小さい屈折率を有し、前記第２のＳｉＣＮ膜は波長６３３ｎｍで１．８９以上の屈折率を有していることを特徴とする、請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜は、炭素含有シリコン酸化膜であることを特徴とする、請求項６又は８記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法、特にＳｉＣＮ膜を有するＣｕ配線構造の形成技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
０．２５μｍ以降の加工寸法を用いる半導体装置においては、配線間隔が狭くなってきたため、配線間に生じる電気寄生容量が増大してきている。このＲＣ遅延による遅延時間がトランジスタのオンオフに必要な時間に比べ、無視できなくなってきた。そのため、微細化を進める上で、配線間の電気寄生容量を小さくすることが必要とされている。
【０００３】
配線間の電気寄生容量を低減させるためには、同じ層内の配線間、異なる配線層間の絶縁膜の比誘電率を低減させることが必要である。そこで、配線金属をＡｌからＣｕに変更することにより、配線抵抗値の低減が行われている。
【０００４】
しかしＣｕは、熱拡散、電界拡散により、絶縁膜中を拡散しやすいため、配線間リークを引き起こす場合がある。よって、Ｃｕ拡散を防ぐために、バリア膜でＣｕ配線の回りを覆う必要がある。Ｃｕ配線では埋め込み型の配線構造であるダマシンプロセスが一般に用いられているため、通常はＣｕ配線の側壁と下部はＴａＮ，Ｔａ等の導電性のバリアメタル、上部は導電性のないＳｉＮ絶縁膜がバリア膜として用いられてきた。
【０００５】
しかし、次世代デバイス、例えば０．０９μｍ以降のデバイスでは、電気寄生容量の低下がますます求められる。そこで、比誘電率７．０のＳｉＮ膜の誘電率を下げる為、ＳｉＮ膜の代わりに、比誘電率４．５〜５．０程度のＳｉＣ膜や、ＳｉＣ膜内のリーク電流を防ぐ為ＳｉＣにＮを添加したＳｉＣＮ膜等が用いられている。
【０００６】
ここで、従来の半導体装置の製造方法について、図８を参照しながら説明する。
【０００７】
まず図８（ａ）に示すように、シリコン基板（図示せず）に形成された６００ｎｍ厚の第１の低誘電率膜１中にＴａＮバリアメタル２、Ｃｕ３からなる深さ３００ｎｍのトレンチ配線を形成する。その後、この配線の上部に、第２の低誘電率膜５中にＣｕが拡散するのを防ぐため、５０ｎｍ厚の第１のＳｉＣＮ膜４を形成する。続いて、第１のＳｉＣＮ膜４の上に、上層配線とビアホールを形成するための、６００ｎｍ厚の第２の低誘電率膜５を形成する。ここで、第１と第２の低誘電率膜にはＣ含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）が用いられることが多い。この第２の低誘電率膜５中にビアホールパターンを形成する際には、フォトリソグラフィ時の下地配線からの反射光によるパターン形成不良を防ぐために、有機反射防止膜６が塗布される場合がある。その後、フォトレジスト７を用いてビアホールパターンを形成する。
【０００８】
次に、図８（ｂ）に示すように、例えば、ＣＦ4，Ａｒ，Ｎ2のような混合ガスのプラズマを用い、ビアホールパターンをマスクとして第２の低誘電率膜５のドライエッチングを第１のＳｉＣＮ膜４の上まで行い、ビアホール８を開口する。ここで、第１のＳｉＣＮ膜４を露出させた時点でドライエッチングを止めるのは、その後の工程で行われるレジスト除去のためのアッシングやポリマー除去洗浄において、Ｃｕ膜表面にダメージが入るのを防ぐためである。レジストのアッシングガスとしては、例えば低圧の酸素（Ｏ2）やアンモニアプラズマが用いられ、ポリマーの除去には、一般にアミンを含んだ溶液が用いられる。
【０００９】
その後、図８（ｃ）に示すように、ビアホール８の内部を埋め込むように第２の有機反射防止膜１０を形成し、第２の有機反射防止膜１０上に第２のフォトレジスト１１を堆積する。さらに、リソグラフィーを用いて配線溝１３を形成するためのレジストパターンを形成する。
【００１０】
ここで、ポイゾニング１２が発生する。
【００１１】
ポイゾニングとは、レジスト解像残り不良のことである。具体的には第２の配線パターンを形成するために、第２のレジスト膜１１を第２の有機反射防止膜１０上に堆積し、パターンを現像する際に発生する。これは、露光工程において、ＳｉＣＮ膜中の不安定なＮが、塩基となり（図ではＮ−Ｈで示される。アミンが発生するとも言われている）がビアホールを通じてフォトレジストに入り、露光時にレジスト内で発生した酸を中和し、レジストパターン形成時の化学増幅作用を弱めるためと考えられている（非特許文献２を参照。）。
【００１２】
以上のようなポイゾニング１２が発生すると、図８（ｄ）に示すように、配線溝１３をエッチングにより形成する際にビアホール８の周りの絶縁膜（第２の低誘電率膜５）がエッチングによって除去出来ず、配線溝１３とビアホール８の間に絶縁膜が残ることになる。
【００１３】
続いて図８（ｅ）に示すように、残ったレジストパターンをアッシングにより除去し、その後、ビアホール８内に残存した第２の有機反射防止膜１０を除去する。
【００１４】
次に、図８（ｆ）に示すように、マスクを用いることなく全面にエッチバックを行い、ビアホール底の例えば５０ｎｍ厚の第１のＳｉＣＮ膜４をエッチングし、Ｃｕ膜３の表面を露出させる。
【００１５】
その後、図８（ｇ）に示すように、スパッタ法を用いて第２のＴａＮバリアメタル１４をビアホール８及び配線溝１３の内壁に形成し、メッキ法によりビアホール８及び配線溝１３内を第２のＣｕ膜１５で埋め込み、配線構造を形成する。
【００１６】
その後、図８（ｈ）に示すように、配線溝１３からはみ出したＣｕ膜及びバリア膜であるＴａＮ膜をＣＭＰにより除去し、配線構造を完成する。続いて、第２のＳｉＣＮ膜１７を５０ｎｍ堆積し、Ｃｕ膜が拡散しないように第２のＳｉＣＮ膜を形成する。
【００１７】
以上のような製造工程、図８（ａ）〜（ｈ）を繰り返し、従来のＳｉＣＮ膜を有するＣｕ多層配線を有する半導体装置を形成する。
【非特許文献１】M. Fayolle et al.,Proceedings of Advanced Metallization Conference, 2001, p.509
【非特許文献２】K.Goto et al., Proceedings of IITC,2003, p.6
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、従来技術によると、先にも述べたようにポイゾニング１２が発生する場合がある。
【００１９】
ポイゾニング１２が発生すると、配線溝のエッチングにおいて、ビアホールの周りの絶縁膜（第２の低誘電率膜５）がエッチングされにくくなる。その結果、配線溝１３とビアホール８の間にエッチングされるはずの絶縁膜が残ってしまう。つまり、レジストパターンが所望の値より細く解像され、配線の幅が細くなるという課題がある。
【００２０】
特に、ビアホールを配線溝よりも先に形成する場合にＳｉＣＮ膜中に残留した不安定なＮが放出され、これがレジスト現像不良（ポイゾニング１２）を誘発する。このＮは、ＳｉＣＮ膜形成時の原料ガスの一部として通常用いるＮＨ3膜に由来するものであり、Ｃｕ多層配線形成工程において、Ｃｕ配線からのリーク電流を減らすために、Ｎが添加される。
【００２１】
その他、Ｎの発生源として、ドライエッチング時のエッチングガス由来のＮや、ＮＨ3を用いたアッシング時のＮ、アミンベースのポリマー除去液に含まれるＮがＳｉＣＮ膜中に吸蔵される場合が考えられる。
【００２２】
この場合、図８（ｈ）に示すように、ビアホール周辺に配線溝中絶縁膜残り１８が発生し、ビアホール８と配線溝１３の電気的接続がとれないという不良が発生する。その他、レジストパターンが所望の値より細く解像され配線の幅が細くなる、または、断線するという不良が生じる場合もある。
【００２３】
また、ＳｉＣＮ膜の膜ストレスが安定しないと、Ｃｕ配線にかかるストレスが変化しやすくなり、Ｃｕ配線の安定性が低下するという課題がある。
【００２４】
図９は、縦軸にストレスの大きさを（単位：ＭＰａ）、横軸に時間（単位：ｄａｙ）をとり、従来方法で成膜されたＳｉＣＮ膜のストレスの経時変化を示している。このグラフより、時間が１日、２日、と経つにつれて、膜ストレスの値がマイナス方向に大きくなっていることがわかる。よって、例えばＳｉ基板上に３３０℃で２００ｎｍの膜厚を有するＳｉＣＮ膜を堆積し、クリーンルーム中に放置した場合、放置しておくだけで膜ストレス値が変化していくということを意味する。
【００２５】
この現象は、非特許文献２に記載されているように、後藤らによりすでに報告されている現象である。このように膜のストレスが安定しない膜に接して形成された膜は、その影響を受けて膜ストレスが変化しやすくなる。よって、ＳｉＣＮ膜下にあるＣｕ配線にかかるストレスも変化しやすい。その結果、ストレスマイグレーション不良が発生する、又はウエハープロセス中に膜はがれが発生する場合がある。
【００２６】
以上より本発明は、上記ポイゾニングの発生を抑制すると共に、ＳｉＣＮ膜ストレスの影響を低減する方法を提供することを目的とする。その結果、パターン不良発生を低減することができると共に、ＳｉＣＮ膜のストレスの経時変化を低減し、Ｃｕ配線のストレスマイグレーション抑制や、ウエハープロセス中での膜はがれ発生を低減することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するために、第１の発明として、Ｃｕを配線用金属とする下層配線と下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜と、ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と上層配線と同一材料から構成されるプラグを有し、プラグの下部はＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、下層配線に接しており、プラグの上部は上層配線と接しており、ＳｉＣＮ膜の屈折率が測定波長６３３ｎｍで１．８９以上であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００２８】
これにより、膜の密度が高い安定したＳｉＣＮ膜を提供出来るため、ＳｉＣＮ膜が空気中成分（ＮやＨ2Ｏ等）を取り込みにくくなり、ストレスの経時変化を抑制するとともに、ポイゾニング不良の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、第２の発明として、Ｃｕを配線用金属とする下層配線と、下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜と、ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と上層配線と同一材料から構成されるプラグを有し、プラグの下部は前記ＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、下層配線に接しており、プラグの上部は前記上層配線と接しており、ＳｉＣＮ膜は、上部と下部で屈折率が異なっており、下層配線表面に接する部分のＳｉＣＮ膜の屈折率は、絶縁膜に接する部分のＳｉＣＮ膜の屈折率より低い値であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００３０】
これにより、プラズマに曝されるＳｉＣＮ膜表面には、膜の密度が高い安定したＳｉＣＮ膜を提供出来るため、ＳｉＣＮ膜が空気中成分（ＮやＨ2Ｏ等）を取り込みにくくなり、ストレスの経時変化を抑制するとともに、ポイゾニング不良の発生を抑制することができる。さらに、下層配線と接触するＳｉＣＮの下面側に、比較的高圧力下で均一性の高い膜を形成できるため、アンテナダメージの発生を防ぐことが出来る。
【００３１】
また、第３の発明として、Ｃｕを配線用金属とする下層配線と、下層配線上に形成されたＳｉＣＮ膜と、ＳｉＣＮ膜上に形成された絶縁膜内に上層配線と上層配線と同一材料から構成されるプラグを有し、プラグの下部は前記ＳｉＣＮ膜を部分的に貫通して、下層配線に接しており、プラグの上部は上層配線と接しており、ＳｉＣＮ膜は、上部と下部でＳｉ−Ｃを基準とした場合のＳｉ−ＣＨ3組成比が異なっており、下層配線表面に接する部分の前記ＳｉＣＮ膜のＳｉ−ＣＨ3組成比は、絶縁膜に接する部分のＳｉＣＮ膜のＳｉ−ＣＨ3組成比より大きな値であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００３２】
これにより、プラズマに曝されるＳｉＣＮ膜表面は、Ｓｉ−ＣＨ3結合の割合が少ないため、膜密度が高く、プラズマや雰囲気中からの成分を取り込みにくい。その結果、ストレスの経時変化を抑制するとともに、ポイゾニング不良の発生を抑制することができる。
【００３３】
また、第４の発明として、Ｃｕを配線用金属に含む下層配線を形成する工程と、下層配線上にＳｉＣＮ膜を形成する工程と、ＳｉＣＮ膜上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜内にホールを形成しホールの底部にＳｉＣＮ膜を露出する工程と、ホール内に有機膜を堆積し、有機膜上にレジストマスクを形成する工程と、絶縁膜内にホールと部分的に重なるようにレジストマスクを用いて配線溝を形成する工程と、レジストマスク、ホール内に残留する有機膜を除去する工程と、ホール底部にあるＳｉＣＮ膜を除去し、下層配線表面を露出させる工程と、ホールと配線溝を導電膜により埋め込み、下部配線と接続される上層配線を形成する工程とを備え、ＳｉＣＮ膜は、２．４Ｔｏｒｒ以下の圧力下、シランと有機基の結合を有する化合物を含むガスを下層配線表面に供給することにより成膜することを特徴とする、半導体装置の製造方法を提供する。
【００３４】
これにより、波長６３３ｎｍでの屈折率が１．８９以上で、膜の密度が高い安定したＳｉＣＮ膜を提供出来るため、ＳｉＣＮ膜が空気中成分（ＮやＨ2Ｏ等）を取り込みにくくなり、ストレスの経時変化を抑制するとともに、ポイゾニング不良の発生を抑制することができる。
【００３５】
また、第５の発明として、Ｃｕを配線用金属に含む下層配線を形成する工程と、下層配線上にＳｉＣＮ膜を形成する工程と、ＳｉＣＮ膜上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜内にホールを形成しホールの底部にＳｉＣＮ膜を露出する工程と、ホール内に有機膜を堆積し、有機膜上にレジストマスクを形成する工程と、絶縁膜内にホールと部分的に重なるようにレジストマスクを用いて配線溝を形成する工程と、レジストマスク、ホール内に残留する有機膜を除去する工程と、ホール底部にあるＳｉＣＮ膜を除去し、下層配線表面を露出させる工程と、ホールと配線溝を導電膜により埋め込み、下部配線と接続される上層配線を形成する工程とを備え、ＳｉＣＮ膜の形成工程は、２．４Ｔｏｒｒより高い圧力下で、シランと有機基の結合を有する化合物を含むガスを下層配線表面に供給し、第１のＳｉＣＮ膜を形成する工程と、２．４Ｔｏｒｒ以下の圧力下でシランと有機基の結合を有する化合物を含む原料ガスを第１のＳｉＣＮ膜上に供給し、第２のＳｉＣＮ膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００３６】
これによると、ＳｉＣＮ膜の形成を少なくとも２種の条件を用いて行うことにより、ＳｉＣＮ膜を少なくとも２以上の構成からなる膜を形成できる。その結果、均一性の必要な下部では均一性の高い膜を形成し、プラズマに曝される表面ではプラズマ耐性、周辺雰囲気からの不純物の取り込みが少ない膜を形成し、ストレスの経時変化を抑制すると共に、ポイゾニング不良、アンテナダメージの発生を低減することが出来る。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によると、ＳｉＣＮ膜成膜時の圧力を２．４Ｔｏｒｒ以下と比較的低圧で行うことにより、成膜時のガス反応種の平均自由工程を増やし、成膜反応に用いられるエネルギー量を向上させることにより、膜の密度を上げることが出来る。その結果、ＳｉＣＮ膜中に周辺雰囲気中からＮ等の不純物が取り込まれるのを防ぐことが出来る。また、膜構造を安定化させることが出来る。その結果、膜ストレスの経時変化を抑制し、かつポイゾニング不良も抑制することができる。
【００３８】
また、Ｃｕ配線上に形成されるＳｉＣＮ膜として、膜密度が高い膜と低い膜の少なくとも２種からなる積層膜を用いることにより、アンテナダメージの発生を抑制することが出来る。この積層膜は、下面側に密度の低いＳｉＣＮ膜を形成し、上表面側には密度の高いＳｉＣＮ膜を備える。その結果、プラズマに曝される上面はプラズマ耐性がある程度高く、雰囲気中からＮ等の不純物を取り込みにくいため、ポイゾニング不良の発生が抑制される。また下面側の膜は圧力を上げることで膜厚の均一性が高くなる。膜厚が均一ということはプラズマの均一性が高くなり、プラズマプロセスにおいて、ゲート電極の接続した長い配線上に電荷が局在し、ゲート絶縁膜に流れ込むことでトランジスタのVtを変化させたり、ゲート絶縁膜のリーク電流を増加させるというアンテナダメージの発生を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置とその製造方法とについて、図１を参照しながら説明する。本実施形態は請求項１に記載の半導体装置の製造方法について記したものである。
【００４０】
まず図１（ａ）に示すように、シリコン基板（図示せず）上に形成された６００ｎｍ厚のＳｉＯＣ膜１（Ｃ含有シリコン酸化膜）中にＴａＮバリアメタル２、Ｃｕ３を埋め込み、深さ３００ｎｍのトレンチ配線を形成する。本実施形態では、例えば低誘電率膜として比誘電率２．７程度のＳｉＯＣ膜を用いる。
【００４１】
次に、トレンチ配線上に例えば５０ｎｍ厚のＳｉＣＮ膜１９を形成し、ＳｉＣＮ膜１９上には第２の低誘電率膜５を形成する。具体的には、例えば温度３３０℃、圧力２．４Ｔｏｒｒ、のチャンバーにウェハを導入し、ウェハ自体は下部電極側に設置し、上部電極には電力０．５８Ｗ／ｃｍ2を印加する。そこで膜形成用の原料ガス３ＭＳ（トリメチルシラン）／ＮＨ3／Ｈｅ＝１７５／３３０／４７０ｓｃｃｍを供給し、５０ｎｍ程度の膜厚で成膜を行う。なお、ＳｉＣＮ膜１９をトレンチ配線上に成膜する前に、Ｃｕ表面をアンモニアプラズマに曝すことで、還元処理を行ってもよい。その結果、Ｃｕ膜とＳｉＣＮ膜の密着性を向上させることが出来る。
【００４２】
ここで、ＳｉＣＮ膜１９は、第２の低誘電率膜であるＳｉＯＣ膜５中にＣｕが拡散するのを防ぐためのキャップ層としての働きを有している。なお、本発明では、このＳｉＣＮ膜１９が特有の屈折率及びその製法を有していることに特徴がある。この特徴については、後に詳述する。
【００４３】
続いて、第２の低誘電率膜５上に有機反射防止膜６（１００ｎｍ程度）を形成し、この有機反射防止膜６上にビアホールパターンを有するフォトレジスト７を形成する。この有機反射防止膜６は、フォトリソグラフィ時の下地配線からの反射光によるパターン形成不良を防ぐ役割を果たしている。
【００４４】
次に図１（ｂ）に示すように、例えば、ＣＦ4、Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2のような混合ガスからなるプラズマを用いて、フォトレジスト７をマスクとして第２の低誘電率膜５のドライエッチングによりビアホール８を形成する。このとき、エッチングはＳｉＣＮ膜１９上間で行い、ビアホール８の底部にはＳｉＣＮ膜１９の表面が露出される。その後、マスクとして用いたフォトレジスト７をアッシングにより除去する。この際に、ビアホール８の底部に露出したＳｉＣＮ膜１９の表面が、アッシングに用いられる１００ｍＴ程度の低圧のＯ2プラズマに曝される。このビアホール８の底部は、第２の低誘電率膜をエッチングする際にエッチングプラズマにも曝されており、ある程度プラズマによりビアホール８底部のＳｉＣＮ膜１９はダメージを受けている。よって、ダメージを受けているＳｉＣＮ膜１９が空気やアッシング時のプラズマに触れると、通常空気中からのＮ2，Ｈ2Ｏ等を取り込むこととなる。しかし本発明のＳｉＣＮ膜１９は、膜中で、空気中成分と結合しやすいＳｉの結合手を減少させることが出来ているため比較的安定であり、空気中からのＮ2，Ｈ2Ｏ等を取り込みにくい。
【００４５】
次に、図１（ｃ）に示すように、第２の有機反射防止膜１０を約１００ｎｍ厚で塗布する。続いて、第２層配線パターンを形成するために、第２のフォトレジスト１１を６００ｎｍ厚で塗布し、例えばＡｒＦ露光機を用いて配線パターンを形成する。ここで本発明は、Ｎの発生源となるＳｉＣＮ膜が、大気中に放置してもＮ、Ｈの成分を取り込みにくい安定な膜であるため、第２の有機反射防止膜１０がＳｉＣＮ膜１９と接触しても、ＳｉＣＮ膜１９中に含まれるＮが第２の有機反射防止膜１０内を拡散して第２のフォトレジスト１１まで拡散しにくい。よって、ＳｉＣＮ膜１９から拡散するＮによって、露光時にレジストで発生した酸が失活されにくくなり、ポイゾニングの発生を防ぐことが出来る。
【００４６】
その後、図１（ｄ）に示すように、第２のフォトレジスト１１をマスクとして第２の有機反射防止膜１０及び第２の低誘電率膜５に対してエッチングを行い、配線溝１３を形成する。なお、この際にはビアホール８の底部には有機反射防止膜６が残ったままの状態であり、ＳｉＣＮ膜１９の膜表面は露出していない。
【００４７】
続いて図１（ｅ）に示すように、アッシングにより、残っている有機反射防止膜６及び第２のフォトレジスト１１を除去し、ビアホール８の底部にＳｉＣＮ膜１９を露出させる。
【００４８】
次に、図１（ｆ）に示すように、Ｃｕ３からなる配線表面が露出するように、ウェットエッチングにより、ビアホール８底部に露出したＳｉＣＮ膜１９を部分的に除去する。
【００４９】
その後、図１（ｇ）に示すように、ビアホール８と配線溝１３が重ねて形成されているデュアルダマシン型の凹部の側壁表面に第２のＴａＮバリアメタル１４をスパッタにより形成する。その後、メッキにより第２のＴａＮバリアメタル１４上に第２のＣｕ１５を形成し、デュアルダマシン型の凹部を埋め込む。
【００５０】
次に、図１（ｈ）に示すように、デュアルダマシン型の凹部からはみ出した、第２の低誘電率膜５上にある第２のＴａＮバリアメタル１４及び第２のＣｕ１５をＣＭＰにより除去し、配線構造を完成する。
【００５１】
以上のような製造工程（図１（ａ）〜（ｈ））を繰り返し、ポイゾニング不良による歩留まり低下を抑制したＳｉＣＮ膜を有する半導体装置の製造方法を提供することが出来る。このＳｉＣＮ膜は、ストレスの経時変化が抑制されているため、ＳｉＣＮ膜が露出された状態で比較的長い時間クリーンルーム内に保管した状態にしても、ＳｉＣＮ膜内に不純物を取り込みにくい。その結果、半導体装置がポイゾニング不良で損なわれる、ＳｉＣＮ膜自体の応力が増加し、Ｃｕ配線とＳｉＣＮ膜の間で膜剥がれが発生する、またはＣｕ配線にＳｉＣＮ膜から高いストレスがかかりＣｕ配線ストレス、Ｃｕ配線でのエレクトロマイグレーション耐性が劣化する等の課題の発生を抑制することが出来る。
【００５２】
次に、本発明のＳｉＣＮ膜の特徴と本発明のＳｉＣＮ膜の形成方法について、図２〜図６及び表１、表２を用いて詳述する。
【００５３】
一般にＳｉＣＮ膜は、原料ガスとしてトリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ3）3）、アンモニア（ＮＨ3）、ヘリウム（Ｈｅ）を含む混合ガスを用い、平行平板型のＣＶＤ装置を用いて形成する。この膜を成膜する際の条件例を上げると、温度３３０℃、圧力３．６Ｔｏｒｒ、上部電極に１３．５６ＭＨｚにて電力０．５８Ｗ／ｃｍ2を印加し、ガスとしてはトリメチルシランＳｉ（ＣＨ3）3Ｈ／ＮＨ3／Ｈｅを１７５／３３０／４７０sccm流している。しかし、単にＣＶＤ装置を用いてＳｉＣＮ膜を形成しただけでは、ＳｉＣＮ膜の化学的特性及び物理的特性を安定に保てず、ポイゾニングの発生や膜ストレスを原因とする不良が発生することがわかった、そこで本発明者は、ポイゾニングの発生を抑制すると共に、ＳｉＣＮ膜ストレスの影響を低減する方法の検討を行った。
【００５４】
まず、ＳｉＣＮ膜形成時の圧力と膜ストレスの経時変化の関係について説明する。
【００５５】
図２は、横軸に時間（単位：日）、縦軸に膜ストレス（単位：ＭＰａ）を取り、ＳｉＣＮ膜１００ｎｍをＳｉ基板上に成膜し、クリーンルーム雰囲気中で放置した場合における、ストレス経時変化の様子を示している。具体的には、成膜時の装置内の圧力を、３．６Ｔｏｒｒ、３．３Ｔｏｒｒ、３．０Ｔｏｒｒ、２．７Ｔｏｒｒ、２．４Ｔｏｒｒ、２．１Ｔｏｒｒ、１．８Ｔｏｒｒと変化させて成膜を行った場合の、１２日間放置した際の膜ストレス変化を調べた様子である。このグラフから、まず成膜時の圧力が高いほど、膜ストレスが低いこと、経時変化はいずれの場合も、時間が経つにつれて膜ストレスが大きくなる傾向を示すことがわかる。また、成膜時の圧力が２．７Ｔｏｒｒ以上の場合、成膜後約５日間放置している間に膜のストレスが１００ＭＰａ大きくなってしまうことが分かる。例えば、３．６Ｔｏｒｒでは膜形成時の膜ストレス値は−２６０ＭＰａと低い値を示しているが、図２に示すように１２日後には−３９０ＭＰａと、当初より１３０ＭＰａも高くなっている。つまり、時間が経つにつれて（以下省略:ウェハ自体が微妙に湾曲し、例えば）ウェハのそりを大きく変化させてしまうことがわかる。特に、膜ストレスの経時変化は空気中のＮ，Ｈ，Ｈ2Ｏ等を吸収したために発生すると考えられ、このような不安定な膜を半導体プロセス中で用いると、配線にかかるストレス経時変化が大きくなる。その結果、Ｃｕ配線のストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション耐性が低下する可能性がある。また、吸収されたＮ，Ｈ，Ｈ2Ｏ等が後工程で放出され悪影響を及ぼしたりする可能性がある。例えばNはポイゾニング、Ｈ2ＯはＳｉＮ上絶縁膜の浮き上がりを引き起こす可能性がある。
【００５６】
一方、圧力を２．４Ｔｏｒｒで成膜するとストレスは−３５０ＭＰａと高いが、１２日後でも−３８０ＭＰａと測定器の精度が±２０ＭＰａ程度であることを考えると比較的安定していると言える。また、２．１Ｔｏｒｒ、１．８Ｔｏｒｒで成膜した場合も、膜ストレスの初期値は−４２０、−５２０ＭＰａと大きいが、経時変化としては、１２日後で−４３０ＭＰａ、−５２０ＭＰａと安定していることがわかる。よって、成膜時の圧力を２．４Ｔｏｒｒ以下にすると、１２日間保管した場合に成膜時と保管後で膜ストレス値が殆ど変化しない。つまり、膜ストレスが経時変化しにくくなると言える。
【００５７】
また、膜ストレスの経時変化と同時に比誘電率についても経時変化を測定した。比誘電率についても同様のことが言える。
【００５８】
図３は、図２と同様に、横軸に時間（単位：日）、縦軸に比誘電率を取り、ＳｉＣＮ膜１００ｎｍをＳｉ基板上に成膜し、クリーンルーム雰囲気中で放置した場合における、比誘電率の経時変化の様子を示している。具体的には、成膜時の装置内の圧力を、３．６Ｔｏｒｒ、３．３Ｔｏｒｒ、３．０Ｔｏｒｒ、２．７Ｔｏｒｒ、２．４Ｔｏｒｒ、２．１Ｔｏｒｒ、１．８Ｔｏｒｒと変化させて成膜を行った場合の、１２日間放置した際の比誘電率の変化を調べた様子である。このグラフから、まず成膜時の圧力が高いほど比誘電率が低いこと、経時変化する場合はいずれの場合も、時間が経つにつれて比誘電率が大きくなる傾向を示すことがわかる。
【００５９】
例えば成膜時の圧力が２．４Ｔｏｒｒの場合、比誘電率の初期値は５．１、１２日後には５．２とほぼ安定していることが分かる。なお、この場合の測定値の誤差は±０．１程度である。
【００６０】
一方成膜時の圧力が３．６Ｔｏｒｒである場合、当初４．７と低い比誘電率であった膜が、大きく経時変化し、１２日間放置した後は５．２程度にまで上昇していることが分かる。この原因の１つとして、ＳｉＣＮ膜が空気中の水分やＮを吸収したことが考えられる。
【００６１】
なお、圧力を２．１、１．８Ｔｏｒｒと下げていくと比誘電率が上昇する傾向があるが、１．８Ｔｏｒｒでは５．２〜５．４の値で安定している。この結果より、圧力を下げれば経時変化の発生を抑制出来るが、比誘電率の高い膜になるため、実際には２．４〜１．８Ｔｏｒｒの範囲程度で使うのがよいと考えられる。
【００６２】
実際に図４を用いて、異なる成膜条件を用いてＳｉＣＮ膜を形成し、配線構造を形成する過程における様子を検討した結果を説明する。図４は、２種の方法で形成された溝パターンの様子を示している。図４（ａ）は、図８（ｄ）に示す工程において形成された配線溝パターンであって、ＳｉＣＮ膜の成膜条件は、３．６Ｔｏｒｒの圧力下というストレス経時変化の大きい条件を用いたものである。一方図４（ｂ）は、図１（ｄ）に示す工程において形成された溝パターンであって、ＳｉＣＮ膜の成膜条件は、２．４Ｔｏｒｒの圧力下で行う条件である。
【００６３】
図４（ａ）と（ｂ）は、同じ溝パターンを形成したものであるが、図４（ａ）のパターンの方が、島状の配線溝パターンの一部が細くなり断線の恐れがあることがわかる。これはＳｉＣＮ膜からＮが染み出し、このＮ成分が露光時のレジストの酸を失活させるレジストポイゾニング不良が発生したためである。一方、図４（ｂ）に示すように、本発明の方法を用いて２．４Ｔｏｒｒ以下の圧力下で形成したＳｉＣＮ膜を用いると、同じパターンであるにも関わらず図４（ａ）より４（ｂ）の方が、パターン幅が太いことが分かる。つまり、ポイゾニングの発生を抑制し、マスクどおりの溝パターン形成が出来ることがわかる。
【００６４】
次に、膜構造から見たポイゾニングの発生について検討する。
【００６５】
具体的には、ＳｉＣＮ膜中のＮ濃度の経時変化の検証を行い、ポイゾニング発生の傾向と比較検討を行った。
【００６６】
【表１】
2006269580.tif 000003
【００６７】
表１は、圧力３．６Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜の成膜時と１２日間保持した後のＳｉＣＮ膜中の各組成比とその変化の様子、及び圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜の成膜時と１２日間保持した後のＳｉＣＮ膜中の各組成比とその変化の様子を示している。
【００６８】
ここで圧力３．６Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜では１２日放置後のＳｉ−ＮＨ組成比は０．９２から１．４０へと増加していた。
【００６９】
一方、圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜では、１２日放置後のＳｉ−ＮＨ組成比は０．７２→０．７４とほぼ変化していないことがわかった。
【００７０】
これは、圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したため、ＳｉＣＮ膜中のＳｉの未結合手を低減できたためと考えられる。成膜時の圧力を下げると、成膜時の反応ガスの各原子の平均自由工程が長くなり、反応種エネルギーが上昇する。それは、低圧であるため一定体積中に存在している原子数が高圧の場合と比べて少なく、原子同士が衝突する回数が減少し、原子自体の個々の運動エネルギーの減衰が遅くなるためである。よって、原子同士の衝突によって失われるエネルギーが少ないので、成膜時に活用できるエネルギーは高くなり、膜形成反応が効率的に進行する。その結果、未反応の結合手の数が減り、空気中のＮ2，Ｈ2Ｏ成分と結合しやすいＳｉＣＮ膜中の結合手を低減できる。
【００７１】
また成膜時と、成膜後放置した場合のＳｉＣＮ膜組成を調べ、どの程度雰囲気中よりＮの取り込みがあるかを検証した。表１は、Ｓｉ−Ｃのピークを基準とした場合の、Ｓｉ−ＣＨ3、Ｓｉ−Ｈ、Ｃ−Ｈ、Ｓｉ−ＮＨの各ピークの相対比を示している。表１より、高圧で膜を形成した場合は、時間の経過に伴ってＣ−Ｈ結合の割合は減少するが、その他の結合では割合が増加する傾向を示し、特にＳｉ−ＮＨ結合の割合は大きく増加することが分かる。一方、低圧で形成したＳｉＣＮ膜では、各結合Ｓｉ−ＣＨ3、Ｓｉ−Ｈ、Ｃ−Ｈ、Ｓｉ−ＮＨはいずれも時間経過によって殆ど変動しない。よって、ＳｉＣＮ膜形成後、新たにＮを取り込みにくいことが分かる。
【００７２】
次に、低圧でＳｉＣＮ膜を形成した場合と、高圧で膜を形成した場合とを比較すると、低圧で形成した膜のＳｉ−ＣＨ3結合の割合は０．３９、高圧で形成した膜のＳｉ−ＣＨ3結合の割合は０．５８であり、低圧で形成した膜の方がＣＨ3の含有量がかなり少ないことがわかる。膜中にＣＨ3基が存在すると、ＣＨ3基が比較的体積の大きい置換基であるため、膜を構成する骨格がＣＨ3基の存在で広げられる形となり、膜密度が低下しやすい。一方、ＣＨ3基が少ないと骨格を広げようとする因子が減るので、密に膜構造が形成され、比較的高い膜密度を有する膜が形成される。よって、クリーンルーム雰囲気中の微量なＮ2、Ｈ2Ｏ等を吸収しにくい膜となっている。
【００７３】
よって、２．４Ｔｏｒｒ以下の圧力下でＳｉＣＮ膜を形成することにより、ポイゾニングの発生を低減しつつ、安定したＣｕ拡散防止膜を有する配線構造を提供することが出来る。
【００７４】
次に、膜ストレスとＣｕ配線のストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション耐性の低下の関係について説明する。
【００７５】
まず図５は、ＳｉＣＮ膜の屈折率と堆積レートの関係を示している。図５は横軸がＳｉＣＮ膜形成時の圧力（Ｔｏｒｒ）、右の縦軸がＳｉＣＮ膜の堆積レート（ｎｍ／ｓｅｃ）、左の縦軸が形成されたＳｉＣＮ膜の屈折率を示している。図５より、ＳｉＣＮ膜を堆積する際の圧力が高くなる程、ＳｉＣＮ膜の堆積レートも大きくなることがわかる。また、ＳｉＣＮ膜を形成する際の圧力が大きくなるほど、ＳｉＣＮ膜の屈折率は小さくなることがわかる。具体的には、圧力２．４Ｔｏｒｒ以下では測定波長６３３ｎｍでの屈折率が１．８９以上に増加し、膜の堆積レートは遅くなっていく。つまり、ＳｉＣＮ膜の形成する際の圧力を下げることにより膜構造が変化し、膜密度が高くなり、安定した構造を有するＳｉＣＮ膜が形成されたものと考えられる。そのメカニズムについて、図６を用いて説明する。
【００７６】
図６は、本発明の方法により形成されたＳｉＣＮ膜の構造模式図を示している。ＳｉＣＮ膜ではＳｉ原子がＮとＣと結合してランダムなネットワークを作っており、特にＣＨ3基がその環状構造を広げることで誘電率を下げている。ＳｉＣＮ膜を形成するために、原料ガスとしてトリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ3）3）、アンモニア（ＮＨ3）、ヘリウム（Ｈｅ）を低圧で供給すると、ＳｉＣＮ堆積時の反応種の平均自由工程が長くなる。それは、低圧であるため一定体積中に存在している原子数が高圧の場合と比べて少なく、原子同士が衝突する回数が減少し、原子自体の個々の運動エネルギーの減衰が遅くなるためである。よって、原子同士の衝突によって減少するエネルギーが少ないので、成膜時に活用できるエネルギーは高くなり、膜形成反応が効率的に進行する。その結果、未反応の結合手の数が減り、膜密度が高くなるとともに、クリーンルーム雰囲気中に存在するNやHと結合できるようなＳｉの結合手（ダングリングボンド等）が形成されにくくなる。
【００７７】
一方ＳｉＣＮ膜を高圧下で形成すると、一定体積中に存在している原子数が低圧の場合と比べて多くなり、原子同士が衝突する回数が増加する。その結果、成膜反応が進行する前に構成原子のエネルギーがある程度消費されてしまい、各反応種のエネルギーが低くなる。よって、膜形成反応が充分進まず、膜の構成原子間が比較的疎な状態となり、膜密度が低下すると考えられる。膜密度が低い膜では、各構成原子が安定な配置を取るよう移動しようとする力が働く。よって、最初は膜中の原子間引力によって膜が収縮しようとする傾向を示し、Ｔｅｎｓｉｌｅ方向の応力を持つ。しかしＳｉＣＮ膜中にＮ、Ｈ等が取り込まれると、膜が膨張してＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ方向に応力は変化する。つまり、圧力の高い状態で形成されたＳｉＣＮ膜をＣｕの拡散防止膜として配線構造に用いると、膜を形成した際とその後の工程を進める間で膜の応力方向が大きく変わることがわかる。その結果、Ｃｕ配線表面に接する膜の応力が工程を経ていく中で変化するため、Ｃｕ配線のストレスマイグレーション、及びエレクトロマイグレーション耐性が低下する。
【００７８】
【表２】
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【００７９】
ここで、表２に示すように、３．６Ｔｏｒｒの圧力下で形成したＳｉＣＮ膜の組成と２．４Ｔｏｒｒの圧力下で形成したＳｉＣＮ膜の組成を調べ、膜密度に膜組成の違いが影響するかどうかを検証した。ＲＢＳ／ＨＦＳ分析の測定誤差は測定値の±１０％である点を考慮すると、成膜直後の膜組成比は、膜の形成方法によっては大きく変化しないと言える。
【００８０】
よって、圧力を２．４Ｔｏｒｒ以下にすると、ＳｉＣＮ膜中の空気中成分と容易に結合できるような手を無くし、Ｎ等外部からの不純物の取り込みが発生しにくくなる。その結果、ポイゾニングの発生を低減しつつ、安定したＣｕ拡散防止膜を有する配線構造を提供することが出来る。
【００８１】
なお、非特許文献２に示すように、後藤ら（Proceedings of IITC,2003, p.6）によりＳｉＣＮ膜のストレスの経時変化は、ＮＨ3の流量を減らすことにより達成できることが示されているが、成膜時の圧力と膜密度の関係、ポイゾニング不良についてまでは認識がない。単にＮＨ3の流量を減らすと、膜の組成がＳｉＣ膜に近づき、膜のリーク電流が大きくなるという問題が発生するため、本願ではＮを取り込みやすい状況とそれを回避する方法を検討した。
【００８２】
以上よりＳｉＣＮ膜１９を圧力２．４Ｔｏｒｒ以下で成膜すると、膜密度を向上できると共に、後工程でのＮの取り込みが少ない膜状態を形成することが出来る。
【００８３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置とその製造方法とについて、図７を参照しながら説明する。
【００８４】
まず図７（ａ）に示すように、シリコン基板（図示せず）に上に６００ｎｍ厚の第１の低誘電率膜１を堆積する。次に、第１の低誘電率膜１中にＴａＮバリアメタル２、Ｃｕ３からなる深さ３００ｎｍのトレンチ配線を形成する。本実施形態でも、第１の低誘電率膜１として、比誘電率２．７程度のＳｉＯＣ膜を用いる。
【００８５】
その後、トレンチ配線が形成された第１の低誘電率膜上に、５０ｎｍ厚のＳｉＣＮ膜を堆積する。ここで、ＳｉＣＮ膜は、第２の低誘電率膜５中にトレンチ配線中のＣｕが拡散するのを防ぐ働きを有している。本実施形態では、このＳｉＣＮ膜を積層膜として少なくとも２Ｓｔｅｐで形成する点に特徴がある。この特徴については、後ほど詳述する。なお、ＳｉＣＮ膜２１をトレンチ配線上に成膜する前に、Ｃｕ表面をアンモニアプラズマに曝す、還元処理を行ってもよい。その結果、Ｃｕ膜とＳｉＣＮ膜の密着性を向上させることが出来る。
【００８６】
続いて、ＳｉＣＮ膜を成膜後、第２の低誘電率膜５（６００ｎｍ厚）が形成される。この第２の低誘電率膜５中にビアホールパターンを形成する際には、フォトリソグラフィ時の下層配線からの反射光によるパターン形成不良を防ぐために、有機反射防止膜６を１００ｎｍ程度塗布する。
【００８７】
次に、ビアホールパターンを厚さ６００ｎｍのフォトレジスト７で形成する。
【００８８】
その後、図７（ｂ）に示すように、例えば、ＣＦ4、Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2等を含む混合ガスのプラズマを用いて第２の低誘電率膜５をドライエッチングにより選択的に除去し、ビアホール８を開口する。このときビアホール８の底部には、ＳｉＣＮ膜２２の表面が部分的に露出する。続いて、レジストマスクをアッシングにより除去する。この際、ＳｉＣＮ膜２２の表面は、レジスト除去のための低圧のＯ2プラズマアッシング（例えば１００ｍＴ程度）に曝され、ＳｉＣＮ膜２２の表面がダメージを受けるとともに、露出されることからダメージを受けた箇所が空気に触れることとなる。しかし、本発明のＳｉＣＮ膜２２は特に上層部分が安定な構造であるため、空気中からのＮ2，Ｈ2Ｏ等を取り込みにくい。
【００８９】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２の有機反射防止膜１０を約１００ｎｍ厚で塗布してビアホール８内を埋め込む。続いて、第２の有機反射防止膜上に第２のフォトレジスト１１を６００ｎｍ厚で塗布し、ＡｒＦ露光機により第２層配線のパターン形成を行うためのパターン露光を行う。この時、ＳｉＣＮ膜中にＮが多量に混入していると、Ｎが第２の有機反射防止膜１０内を通ってビアホール部からビアパターン上部まで放出する。その結果、露光時にレジストから発生した酸が失活され、ポイゾニングが発生する。しかし本発明では、ＳｉＣＮ膜の上層に安定な構造を有するＳｉＣＮ膜２２を用いている為、ＳｉＣN膜中に過剰なＮが混入せず、Ｎの拡散が抑制されるため、ポイゾニングの発生が低減される。
【００９０】
その後、図７（ｄ）に示すように、第２のフォトレジスト１１をマスクとして第２の有機反射防止膜１０及び第２の低誘電率膜５に対してエッチングを行い、配線溝１３を形成する。なお、この際にはビアホール８の底部には有機反射防止膜１０が残ったままの状態であり、ＳｉＣＮ膜２２の膜表面は露出していない。
【００９１】
続いて図７（ｅ）に示すように、アッシングにより、残っている第２の有機反射防止膜１０及び第２のフォトレジスト１１を除去し、ビアホール８の底部にＳｉＣＮ膜２２を露出させる。
【００９２】
次に、図７（ｆ）に示すように、Ｃｕ３からなる配線表面が露出するように、ウェットエッチングにより、ビアホール８底部に露出したＳｉＣＮ膜２２を部分的に除去する。
【００９３】
その後、図７（ｇ）に示すように、ビアホール８と配線溝１３が重ねて形成されているデュアルダマシン型の凹部の側壁表面に第２のＴａＮバリアメタル１４をスパッタにより形成する。その後、メッキにより第２のＴａＮバリアメタル１４上に第２のＣｕ１５を形成し、デュアルダマシン型の凹部を埋め込む。
【００９４】
次に、図７（ｈ）に示すように、デュアルダマシン型の凹部からはみ出した、第２の低誘電率膜５上にある第２のＴａＮバリアメタル１４及び第２のＣｕ１５をＣＭＰにより除去し、配線構造を完成する。
【００９５】
以上のような製造工程（図７（ａ）〜（ｈ））を繰り返し、ポイゾニング不良による配線パターンの歩留まり低下が抑制された、ＳｉＣＮ膜を有する半導体装置とその製造方法が得られる。
【００９６】
次に、本実施形態の特徴である積層膜からなるＳｉＣＮ膜の形成方法とその特徴について説明する。
【００９７】
本実施形態のＳｉＣＮ膜は、次のようにして形成される。まず、ウェハを成膜装置の下部電極側に設置し、成膜チャンバー内温度３３０℃に設定する。次に、上部電極を電力値０．５８Ｗ／ｃｍ2に設定した状態で反応ガス流量ＴＭＳ／ＮＨ3／Ｈｅ＝１７５／３３０／４７０（ｓｃｃｍ）を供給する。この条件により、ＳｉＣＮ膜を形成する。次に、ＳｉＣＮ膜を積層する方法について説明する。
【００９８】
まず２層の積層構造にする場合、Ｓｔｅｐ１では圧力約３．６Ｔｏｒｒの条件で４０ｎｍ成膜し、Ｓｔｅｐ２では、圧力約２．４Ｔｏｒｒで１０ｎｍ成膜を行う。積層膜には以下のような利点がある。
【００９９】
一般にＳｉＣＮ膜の場合、低い圧力で成膜すると、膜厚の均一性が低下する。具体的に、成膜時の圧力を変えて膜厚の変動を調べると、エッジカット３ｍｍの条件でエリプソメトリ法により測定したＳｉＣＮの膜厚は、圧力３．６Ｔｏｒｒでは膜厚均一性を面内４９点を取り測定した場合に、(Max-Min)/(2×average)％として定義すると、１．４１％である。一方、圧力２．４Ｔｏｒｒの場合の膜厚均一性は８．３８％である。また、膜厚均一性が悪いということは、成膜時に供給されるプラズマの均一性が悪いということである。よって、配線上にＳｉＣＮ膜を成膜する際に、配線上にプラズマ分布が不均一な状態が生じるため、トランジスタに長い配線をつけたパターンでは、不均一な電荷の分布が配線に生じ、これがトランジスタのゲート酸化膜に流れ込みダメージを与える。すると、ゲート酸化膜のリーク電流の増大を起こす（アンテナダメージと呼ぶ）場合がある。
【０１００】
そこで、下地膜の影響を転写しないためにも、配線表面上に膜を形成する成膜の初期段階では、比較的高い圧力下で均一性のよい膜を堆積する。その後、比較的低い圧力下で、成膜時の膜厚均一性は劣るが、膜密度が高く、周辺雰囲気中のＮ2やＨ2Ｏ等を通しにくい膜を形成することが重要である。よって、本実施形態では、ＳｉＣＮ膜の初期では成膜時の圧力を例えば３．６Ｔｏｒｒと設定し、途中で成膜時の圧力をそれより低い２．４Ｔｏｒｒに変更し、成膜を行う。その結果、ＳｉＣＮと膜の組成は同じであっても、成膜均一性、及び膜密度が互いに異なるＳｉＣＮ膜を少なくとも２種形成することが出来る。
【０１０１】
また、本実施形態で示した４０／１０ｎｍという膜厚比の場合、膜厚均一性は２．８０％となり、第１の実施形態の８．３８％より向上する。ストレスについても、上層ＳｉＣＮ膜２２がＮ2，Ｈ2Ｏ等と反応しないため、下層ＳｉＣＮ膜２１は成膜当初の低いストレス−２６０ＭＰａ、低い誘電率４．７を経時変化なく維持できるので、上層ＳｉＣＮ膜２２のストレス−３８０ＭＰａ、比誘電率５．２と合わせると、本実施形態のＳｉＣＮ膜のストレスは−２８０ＭＰａ、比誘電率は４．８と第１の実施形態よりも低く形成することが可能となる。
【０１０２】
したがって本実施形態では、ＳｉＣＮ膜を少なくとも２種の構造から形成することにより、ポイゾニング、ストレスの経時変化を防ぐと共に、アンテナダメージの発生を低減することが出来る。また、ＳｉＣＮ膜の下側は高圧で成膜するため、低圧のみで成膜した場合より全体的にＳｉＣＮ膜の膜厚均一性を向上させるとともに、膜ストレスの絶対値も低減することが出来る。
【０１０３】
なお、どの程度の圧力で成膜したかによって、図５及び表１に示すように、ＳｉＣＮ膜の組成比及び屈折率を同定することが出来る。
【０１０４】
例えば、ＳｉＣＮ膜を.圧力３．６Ｔｏｒｒで成膜した場合と圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜した場合で、ＳｉＣＨ3の組成比は異なり、表１に示すように圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜した方が圧力３．６Ｔｏｒｒで性膜した場合より膜中に含まれるＳ−ＣＨ3組成比が小さいことが分かる。
【０１０５】
また、図５に示すように成膜時の圧力とＳｉＣＮ膜の屈折率は反比例の関係にあり、本実施形態で形成されるＳｉＣＮ膜の下側は、ＳｉＣＮ膜の６３３ｎｍでの屈折率は１．８９以下であり、ＳｉＣＮ膜の上部では１．８９以上となることが分かる。
【０１０６】
以上より、ＳｉＣＮ膜のストレスの経時変化を抑制できるため、クリーンルーム内でＳｉＣＮ膜が露出された状態で長期保管した場合においても、ポイゾニング不良が発生しにくい。また、ストレスの経時変化を抑制出来ることにより、膜の応力が変化する又は増加することによる膜剥がれの発生、Ｃｕ配線に対する高ストレス付加によるエレクトロマイグレーション発生等を低減することが出来る。なお、本実施形態では成膜用の原料ガスとしてトリメチルシランを用いたが、テトラメチルシラン（４ＭＳ:Ｓｉ（ＣＨ3）4）を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上より本発明は、特に銅を配線材料に有する配線構造において、ポイゾニングの発生、膜剥がれの発生、又はエレクトロマイグレーションの発生等を防ぐことが出来る半導体装置とその製造方法等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図
【図２】本発明のＳｉＣＮ膜のストレス経時変化を示す図
【図３】本発明のＳｉＣＮ膜の比誘電率経時変化を示す図
【図４】本発明のポイゾニング試験結果を示す図
【図５】本発明のＳｉＣＮ膜の屈折率と堆積レートを示す図
【図６】本発明のストレス変化の圧力依存性のモデルを示す図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図
【図８】従来の半導体装置の製造方法の工程断面図
【図９】従来の半導体装置のＳｉＣＮ膜のストレス経時変化を示す図
【符号の説明】
【０１０９】
１  第１の低誘電率膜
２  ＴａＮバリアメタル
３  Ｃｕ
４  第１のＳｉＣＮ膜
５  第２の低誘電率膜
６  有機反射防止膜
７  フォトレジスト
８  ビアホール
１０  第２の有機反射防止膜
１１  第２のフォトレジスト
１２  ポイゾニング
１３  配線溝
１４  第２のＴａＮバリアメタル
１５  第２のＣｕ
１７  第２のＳｉＣＮ膜
１８  配線溝中絶縁膜残り
１９  第１の圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜
２０  第２の圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜
２１  第１の従来の方法で成膜したＳｉＣＮ膜
２２  第１の圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜
２３  第２の従来の方法で成膜したＳｉＣＮ膜
２４  第２の圧力２．４Ｔｏｒｒで成膜したＳｉＣＮ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図４】
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